基于临界失效能密度判据的热障涂层热震损伤行为研究

目的探索热障涂层系统(TBCs)在热震过程中的损伤行为。方法基于材料能量储存极限,推导了适用于平面复杂应力情形的温度相关性临界失效能密度判据,进而利用该临界失效能密度判据与ABAQUS有限元软件相结合,研究了热生长氧化层(TGO)凸起的热障涂层系统在冷却热震过程中的损伤行为。结果对于TGO层凸起的热障涂层系统,计算了冷却热震过程中陶瓷层(TC)和TGO层的失效能密度分布云图,并根据最大失效能分布情况分析了TBCs在热震过程中各层材料的可能破坏位置,所得结果与实验吻合较好。在对TBCs的冷却热震损伤行为模拟计算中发现,当TC层的强度比较低时,热震会使TC层上表面产生往内部扩展的垂直裂纹;当TC层强度达到某一定值时,首先发生热震破坏的位置由TC层上表面变成了TGO层与粘结层(BC)的界面处,即TBCs的各层破坏顺序发生了变化。结论使用临界失效能密度准则来判断热障涂层在冷却热震过程中的损伤行为,比单纯使用某一方向应力更为准确,并能准确判断损伤起始位置和演化情况,从而更全面地反映热障涂层在热震过程中的损伤破坏行为。     

氯盐环境下钢筋HRB400的腐蚀行为与力学性能研究

为了给工程安全使用提供借鉴,采用浸泡腐蚀法研究钢筋HRB400在3.5%NaCl溶液中裸露和镶入混凝土2种环境下腐蚀行为及腐蚀后的力学性能,对于钢筋HRB400镶入混凝土这种环境,采用制作钢筋混凝土及模拟混凝土孔隙液2种方法,首先将裸露和镶入混凝土2种情况下的钢筋HRB400浸泡在3.5%(质量分数)NaCl溶液中,并将钢筋HRB400浸泡在饱和氢氧化钙溶液中[加入3.5%(质量分数)NaCl溶液],然后分别计算不同腐蚀时间下各钢筋HRB400相应的失重率、腐蚀率,最后采用MTS试验机测试钢筋HRB400腐蚀后的力学性能。结果显示：随着浸泡腐蚀时间延长,3种环境下的钢筋HRB400平均腐蚀速率逐渐降低,失重率增加,屈服强度、抗拉强度均下降,钢筋HBR400在3.5%NaCl溶液中裸露或镶入混凝土时伸长率随浸泡时间延长而降低,在饱和氢氧化钙(加入3.5%NaCl)中则呈现有升有降趋势。     

功能梯度材料板安定区域优化

采用遗传算法优化功能梯度材料陶瓷相体积分布并考虑了金属相材料的强化,得到了循环力/热耦合作用下的功能梯度材料板的最佳安定区域,其中功能梯度材料热物参数空间分布规律采用一个指数函数描述,并给出了Al/SiC功能梯度材料板优化后的安定区域图.     

奥氏体不锈钢00Cr17Ni14Mo2断裂力学参量的有限元计算和实验验证

奥氏体不锈钢00Cr17Ni14Mo2由于具有优越的综合机械性能而被用于制造重要零部件。为了使奥氏体不锈钢00Cr17Ni14Mo2零部件能安全工作,用MTS高级材料实验机在应变控制条件下获得奥氏体不锈钢00Cr17Ni14Mo2的单向拉伸应力应变曲线和常规的机械性能参数;用三点弯曲试件测定了00Cr17Ni14Mo2的J积分。基于虚拟裂纹闭合法和Rice的J积分法,利用ANSYS有限元商业软件对三点弯曲试件进行了有限元分析计算,获得了相应载荷下的能量释放率G和J积分。并将计算结果与实验值进行了比较。理论计算与实验结果的比较表明：理论计算与实验结果相当吻合,该方法可用于奥氏体不锈钢构件断裂力学参量的数值分析和计算。     

Al/SiC功能梯度材料(FGM)涂层板的安定性分析

目的对热机械载荷环境下的金属/陶瓷功能梯度材料涂层板进行安定性分析,并获得其安定载荷区域,为其工程安全使用提供一定的理论依据。方法在已有工作基础上,采用分段指数函数模型描述梯度涂层板中的材料热物参数空间梯度分布,基于静力安定理论建立梯度涂层板弹性区域的理论分析模型和安定区域的理论分析模型,通过编程数值计算,结合自平衡的残余应力场和板内应力分布情况,分析了Al/SiC功能梯度材料涂层板的安定区域。结果计算分析出Al/SiC功能梯度材料涂层板弹性区域边界和安定区域边界,其中安定区域边界由两部分组成,一部分为Shakedown-Reversed Plasticity boundary(S-RP),另一部分为Shakedown-IncrementalCollapseboundary(S-IC),并得到处于安定情况下所能承受的极限热载增量为(35)q=154 4.0℃,单位厚度下所能承受的极限机械载荷为=6167.3 N/mmxP。涂层板上表面热物理性能最弱,最容易发生塑性循环变形破坏。结论根据安定分析结果,可预先选择功能梯度涂层板所能使用的热机械环境,为涂层板的安全使用提供可靠的理论依据。另外,为得到更佳的安定区域和适应更苛刻的热机械环境,安定分析结果可对涂层板制备优化设计提供较好的参考。     

均布自重下椭圆环的内力和位移分析

借助重心公式,由能量法推导出均布自重下闭口和顶部开口椭圆环的内力和位移计算公式。以水平轴与铅垂轴之比为2的椭圆环为例,绘制无量纲化的内力图和位移图。分析内力和位移的零点、极值点和极值。分析认为:和开环相比,闭环的弯矩极值较小,但轴力极值较大,二者在底部可取得相同的剪力极值;在水平轴上,二者的弯矩相同,轴力也相同。同时,闭环的3个位移极值均小于开环;沿铅垂轴,闭环和开环顶部相同,且闭环在该处取得极值,开环在水平轴上取得极值;沿水平轴,开环在顶部取得极值;角位移方面,二者在顶部的转角均为零。     

广义热弹性扩散下非等径颗粒的烧结驱动力分析

在广义热弹性扩散理论框架下建立非等径两颗粒系统三维有限元模型,研究颗粒系统温度场和浓度场的分布规律,分析场分布对脉冲电流烧结初期迁移驱动力的影响。结果表明,颗粒颈部空位浓度梯度、温度梯度、由温度场和应力场产生的浓度梯度是颗粒颈部物质迁移的共同驱动力。烧结颈部的温度会产生两次突变,烧结过程中小颗粒一直保持高温状态;温度变化会引起浓度改变,使得颈部浓度高于边缘浓度;热扩散占总扩散通量的2/3,浓度扩散占1/3,因此烧结颈部的热扩散驱动力和浓度扩散驱动力是脉冲电流烧结过程的主导驱动力,提高热扩散能力和浓度扩散通量可显著提高烧结过程驱动力。非等径颗粒的烧结驱动力远远大于等径颗粒,为非等径颗粒的烧结比等径颗粒更为迅速提供了理论依据。